La cellule, unité de vie - Unitheque.com - librairie ... · membrane plasmique, noyau, cytosol, quelques organites et structures cellulaires (mitochondries, ribosomes, appareil

C h a p i t r e 1

S a v o i r s à a c q u é r i rS a v o i r s à a c q u é r i r

C h a p i t r e 1

■ Organisation de base des cellules animales :

– savoir reconnaître sur un schéma fourni l’organisation de la cellule animale : membrane plasmique, noyau, cytosol, quelques organites et structures cellulaires (mitochondries, ribosomes, appareil de Golgi, cytosquelettea) ;

– connaître le rôle essentiel de chacune de ces structures et de chacun de ces organites.

■ Mitose : connaître le processus de la mitose.

a. Liste limitative pour l’examen du CAP d’esthétique-cosmétique-parfumerie.

S a v o i r s à a c q u é r i r

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La cellule, unité de vie

C h a p i t r e 3

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Chapitre 3. La cellule, unité de vie

Organisation générale du corps humain

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La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle qui constitue tous les êtres vivants.

Mais l’organisme humain, comme la plupart des autres êtres vivants, est une société de cellules toutes diff érentes les unes des autres

qui se sont spécialisées au cours de la vie embryonnaire pour façonner notre corps…

Une page d’histoire

La découverte de la cellule : une date, un outil, deux hommes…

1663. R. Hooke entrevoit le premier la notion de cellule en examinant une tranche de liège avec un microscope rudimentaire, un instru-ment inventé quelques années avant par un observateur génial, Van Leewenhoek. Il livre à ses pairs sa découverte cruciale au cours d’une séance de la Royal Society de Londres.

Fig. 3.1Textes : G. Peyrefi tte / Illustrations : J. Camponovo.

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Les mesures de longueur en biologie : du mètre (m) au nanomètre (nm)

Le terme offi ciel pour désigner l’unité de mesure des structures microscopiques est le micromètre (μm).

• Le μm est le 1/1000e de mm (1 mm = 1 000 μm). • Le nm est le 1/1000e de μm (1 μm = 1 000 nm).

Homme : 1 à 2 m

* L’ovocyte est la cellule humaine la plus grosse.

La baleine est l’animal

le plus grand (30 m

pour le rorqual bleu)

Embryon de 2 mois :

du haut de ses 3 cm,

il a déjà figure humaine

Ovocyte humain*

entouré par un ballet

de spermatozoïdes

La plupart

des cellules

humaines 1 à 20 μm

Gros virusPetite

bactérie

Grosse

molécule

Atome d'hydrogène

(le plus petit

de tous les atomes)

Fig. 3.2. Les mesures de longueur en biologie.

À r e t e n i r

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1 Organisation de base de la cellule animaleToutes les cellules, quelles que soient leurs formes, leurs tailles ou leurs fonctions, sont construites

sur le même modèle.

Le microscope est l’instrument indispensable pour révéler leur organisation : il donne des images

agrandies d’objets trop petits pour être vus à l’œil nu. Il en existe deux variétés : le microscope photo-nique et le microscope électronique.

1. L’organisation de la cellule au microscope photonique

• Le microscope photonique utilise la lumière visible pour pro-

duire des images grâce à des lentilles. Grossissement : 1 000 à 2 000 fois.

• Le microscope photonique permet de mettre en évidence les

trois constituants fondamentaux de la cellule : la membrane plas-mique qui entoure chaque cellule et sépare son contenu de l’envi-

ronnement extérieur, le cytoplasme et le noyau, masse générale-

ment sphérique, présent dans toutes les cellules de l’organisme à

quelques exceptions près.

Fig. 3.4. Le microscope photonique permet d’observer les constituants fondamentaux de la cellule.

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Interprétation schématique

Aspect d’une cellule isolée Aspect en coupe

Cellules prélevées à l’intérieur de la joue

1. Membrane plasmique

2. Cytoplasme

3. Noyau

(grossissement × 500)

2. L’organisation de la cellule au microscope électronique • Le microscope électronique fonctionne sur le même principe que le microscope photonique : la

lumière visible est remplacée par un faisceau d’électrons focalisés grâce à des aimants. Grossis-sement supérieur à 1 200 000 fois.

• Le microscope électronique permet une observation fi ne de la cellule. Ainsi le cytoplasme, qui

apparaît « vide » au microscope photonique, montre qu’il est constitué d’un liquide, le cytosol, « bourré » de multiples structures appelées organites, qui assurent une fonction spécifi que dans

la machinerie cellulaire.

� L’étude de la cellule est la cytologie.

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Fig. 3.3. Microscope photonique.

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3. Les structures et les organites qui construisent la cellule animale � La membrane plasmique [1]

• Description : structure souple très fi ne (7 à 8 nm), lipidique, qui entoure chaque cellule.

• Rôle essentiel : la membrane plasmique est une « frontière » sélective. Elle n’autorise le passage

que de certaines molécules vitales de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule, et, en sens inverse, elle

libère les déchets indésirables.

� Le cytoplasme [2]

Description : le cytoplasme est le contenu de la cellule eucaryote. Il est constitué du cytosol, dans

lequel baignent des multitudes d’organites cellulaires et d’inclusions cytoplasmiques.

� Le noyau [3]

• Description : le noyau est la structure spécifi que des cellules eucaryotes. Masse plus ou moins

sphérique, il occupe généralement le centre de la cellule.

• Rôle : le noyau dirige l’activité de la cellule. Cette fonction est liée au fait qu’il est l’« entrepôt »

de l’ADN, support de l’information génétique.

� Le réticulum endoplasmique granuleux (REG) [4]

• Description : le REG est un réseau étendu d’une multitude de sacs aplatis (appelées « citernes »)

qui communiquent entre eux, et qui portent sur leur surface externe des petites granulations, les

ribosomes.

• Rôle : le REG est le principal site de production des protéines. Produites par les ribosomes, les

protéines sont libérées dans la lumière du REG pour rejoindre leur destination via l’appareil de Golgi.

� Les ribosomes [5]

• Description : les ribosomes sont des petits granules qui sont fi xés au REG, ou qui fl ottent libre-

ment dans le cytosol.

• Rôle : ils fabriquent des protéines à partir des acides aminés, en se conformant aux informations

fournies par l’ADN.

� L’appareil de Golgi [6]

• Description : organite composé de 4 à 8 sacs membranaires aplatis, parallèles et reliés entre eux,

souvent situé à proximité du noyau de la cellule.

• Rôle : le Golgi fonctionne comme un centre de maturation, de conditionnement et d’exporta-tion. Il dirige les protéines produites par le REG (transportées par des vésicules) vers leur destina-

tion fi nale (soit à l’intérieur de la cellule, soit dans le milieu extracellulaire).

� Les mitochondries [7]

• Description : organites de forme cylindrique. Chaque cellule contient de 500 à 2 000 mitochondries.

• Rôle : les mitochondries sont les générateurs de l’énergie nécessaire au fonctionnement de nos

cellules. Ces organites utilisent des réactions chimiques pour produire de l’énergie stockée sous

forme d’ATP, carburant universel de la cellule.

� Le cytosquelette [8]

• Description : le cytosquelette forme un réseau de fi laments (microtubules, fi laments épais, et

fi laments d’actine, plus fi ns) reliés entre eux.

• Rôle : le cytosquelette est un système de soutien interne de la cellule. Il donne sa forme à la

cellule et permet à certaines de se déformer. Il assure également le maintien des organites à l’in-

térieur de la cellule.

� Des protéines intégrées dans la structure de la membrane forment des canaux qui permettent le passage vers l’intérieur ou l’extérieur d’ions ou de molécules sélectionnés. D’autres protéines reconnaissent et répondent à des signaux émis par d’autres cellules.

� Le cytosol est une solution d’ions, de métabolites et de macromolécules.

� Les organites cellulaires sont des structures qui assurent une fonction déterminée.

� Les inclusions cytoplasmiques, contrairement aux organites, n’ont pas de fonction.

� On appelle les cellules qui possèdent un noyau, et par extension les individus qu’elles font vivre, des eucaryotes.

� Quelques cellules eucaryotes n’ont pas de noyau : les érythrocytes, les cornéocytes, les plaquettes sanguines. Les cellules dépourvues de noyau sont dites anucléées (a = sans).

� Les bactéries ne contiennent pas de noyau individualisé. Ce sont des procaryotes.

� Dans la plupart des cellules animales, les microtubules rayonnent à partir d’une position centrale près du noyau jusqu’à la membrane plasmique.

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4. Les autres structures et organites que l’on observe dans la celluleLe réticulum endoplasmique lisse (REL) [9] est un système de canaux ramifi és et interconnectés, qui

ne portent pas de ribosomes. Rôle : le REL est un lieu de synthèse de lipides. Le centrosome [10] est

une structure localisée près du noyau, formée de 2 cylindres creux (les centrioles). Rôle : le centrosome

fabrique le fuseau mitotique qui dirige les déplacements des chromosomes au cours de la mitose. Les lysosomes [11] sont des vésicules sphériques, de ¼ à 1 μm de diamètre. Rôle : les lysosomes contiennent

des enzymes qui dégradent les grosses molécules (glucides, lipides). Les vacuoles [12] sont des espaces

intracellulaires de grande taille. Rôle : les vacuoles sont des lieux de stockage de nutriments.

12

1 à 2 μm

7

6

5

4

3

2

1

8

11

10

9

20 nm

Fig. 3.5. Portrait- robot de la cellule animale au microscope électronique.

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5. Les cellules dans l’organisme humain : des chiff res vertigineux, des formes variées, une durée de vie adaptée, un travail spécialisé

2 La mitose, ou comment passer d’une cellule à deux cellules identiques

Pour assurer la construction de notre corps pendant la croissance, pour remplacer les cellules qui ont

toutes une durée de vie limitée (sauf les neurones ?), les cellules doivent se renouveler en permanence

selon un processus de division, nommé mitose.

Toute cellule résulte de la division d’une autre cellule.La mitose est le processus de division d’une cellule (cellule mère), de sorte que les deux cellules qui résul-tent de cette division (cellules fi lles) reçoivent un ensemble complet des chromosomes de la cellule mère.

NOMBRE : 5 millions/mm3 de sang, soit

un nombre total de 25 x 1 012 dans les 5 litres

de sang du corps humain !

TAILLE : 7,5 μm. Mis à bout, les globules

rouges feraient le tour de la Terre à l’équateur.

DURÉE DE VIE : 120 jours. Ainsi, 100 à 150

milliards de globules rouges meurent chaque

jour… mais autant sont fabriqués dans les os.

LES GLOBULES ROUGES (ERYTHROCYTES)

LES CELLULES NERVEUSES(NEURONES)

LES CELLULES MUSCULAIRES(FIBRES MUSCULAIRES STRIÉES)

TAILLE : de quelques millimètres

à plusieurs centimètres.

• Plusieurs noyaux.

• Pas de renouvellement.

LES CELLULES CORNÉESDE L’ÉPIDERME

Des cellules de l’épiderme,

les kératinocytes, vivent seulement

30 jours. Notre épiderme se

renouvelle ainsi près de 1 000 fois

au cours d’un vie de 70 ans.

LES SPERMATOZOÏDES ET LES OVOCYTES

Un ovocyte entouré d’un ballet

de spermatozoïdes.

Un seul spermatozoïde pénètrera

dans l’ovule pour créer

un être nouveau.

LES GLOBULES BLANCS

(LEUCOCYTES)

NOMBRE : 7 000/mm3 de sang.

TAILLE : de 5 à 25 μm selon la variété.

DURÉE DE VIE : de quelques heures à plusieurs

années selon le type de leucocytes.

NOMBRE : 100 milliards.

TAILLE : ils sont munis de

prolongements dont l’axone, qui

peut mesurer jusqu’a un mètre.

DURÉE DE VIE : 100 à 300 000

neurones meurent chaque jour, dont

aucun ne sera remplacé. Un neurone

peut donc vivre… toute une vie.

POUR TRANSPORTER L’OXYGÈNE

POUR LE MOUVEMENT

POUR NOUS PROTÉGER DES

AGRESSIONS DE L’ENVIRONNEMENT

POUR ASSURER LA PÉRENNITÉ

DE L’ESPÈCE

POUR LUTTER CONTRE LES MICROBES

POUR COORDONNER,

COMMANDER, COMMUNIQUER…

Vue au

microscope

électronique

à balayage

Fig. 3.6.

« Vu sous le microscope, le processus de la mitose par lequel une cellule se divise et devient deux, est un des spectacles les plus fascinants de toute la biologie. »

Francis Crick

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Pour comprendre le processus de la mitose

1. Le noyau à ciel ouvert

Fig. 3.7. Le noyau.

2. De l’ADN au chromosome : des chiffres et des mots à connaître !

L’ADN est une immense molécule, support de l’information génétique de chacun d’entre nous

La molécule d’ADN ressemble à un escalier en spirale formé de plusieurs milliers de marches, dont la longueur dans une cellule humaine est esti-mée à 2 mètres !

La chromatine

Afi n d’occuper l’espace relativement étroit du noyau des cellules (10 μm), la molécule d’ADN est « empaquetée » avec des protéines nommées his-tones, pour former un réseau de fi laments qui parcourent tout le nucléo-plasme quand la cellule ne se divise pas (cellule dite « en interphase »), constituant la chromatine.

Les chromosomes

• Lorsqu’une cellule est sur le point de se diviser, les fi laments de chro-matine s’enroulent et se condensent pour former de courts bâtonnets appelés chromosomes.

• Chaque chromosome est formé de 2 chromatides accolés au niveau du centromère.

• À chaque chromosome correspond un chromosome identique. • Les cellules de l’homme, avec leurs 46 chromosomes, ont en réalité 23 paires de chromosomes homologues. On dit que les cellules somatiques (c’est- à- dire toutes les cellules du corps sauf les cel-lules reproductrices, les gamètes) contiennent 2 lots de n chro-mosomes.

• Pour chaque paire de chromosomes, un chromosome vient du père et l’autre de la mère.

I n f o +

CHROMOSOME

Centromère

Formation

d’un

chromosome

2

chromatides

CHROMATINE

ADN

Fig. 3.8. De l’ADN au chromosome.

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1. Le principe de la mitoseL’événement central de la mitose est la distribution égale de l’ADN de la cellule mère aux deux cel-lules fi lles.Ce phénomène, appelé réplication (ou duplication) de l’ADN, se produit avant que la division cellu-

laire n’ait lieu (période nommée interphase), et forme des chromosomes composés de deux parties

identiques, placées côte à côte, appelées chromatides.

Ainsi, au début de la mitose, le noyau d’une cellule humaine renferme deux fois la quantité « nor-

male » d’ADN.

La mitose elle- même est une succession d’étapes qui aboutissent à la répartition de l’ADN répli-qué de la cellule mère entre les deux cellules fi lles.

2. La description de la mitose

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›

nucléole

chromosomes

Chromatine PROPHASEMÉTAPHASE

ANAPHASELes deux chromatides de chaque

chromosome se séparent. Chaque

chromatide est lentement tirée

par le fuseau mitotique vers le pôle

du fuseau qui est en face d’elle.

TÉLOPHASE

Cellules fi lles

Centrosome avec

centrioles

Cellule en interphase

« Cellule mère »

Débutde mitose

Fuseau

mitotique

Condensation de la chromatine

en chromosomes bien défi nis. Les centrioles

migrent vers chaque pôle de la cellule

en formant le fuseau mitotique.

Fuseau

mitotique

Plan

équatorial

Les chromosomes s’alignent sur un plan

(dit équatorial) qui est à mi-chemin

entre chaque pôle du fuseau.

Finde

mitose

Le cytoplasme se divise

et les deux cellules filles se séparent.

Les chromatides fi lles séparées arrivent à leur pôle.

Le fuseau mitotique disparaît. Une nouvelle enveloppe

nucléaire se reforme autour de chaque groupe

de chromatides fi lles. Les chromatides se décondensent

pour former la chromatine. Les nucléoles réapparaissent.

Fig. 3.9. Les phases de la mitose.

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Le rôle des organites cellulaires en images

Fig. 3.10. Rôle des organites cellulaires.

MEMBRANE PLASMIQUE

LYSOSOME

NOYAU

RIBOSOME

APPAREIL DE GOLGI

VÉSICULE MITOCHONDRIE

Production d’énergie

Transport, maturation,

exportation des protéines

Biosynthèse des protéines

Digestion intracellulaire

Zone d’échanges entre

cellule et environnement

CENTRE DE CONTRÔLE

Transport de substances

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